Material Hidrotérmico Solidificado de Mesoporous del Barro de la Planta de la Purificación del Agua

Nos hacen frente con los aspectos medioambientales globales serios de la escasez de recursos naturales y de un aumento en eliminación de residuos. Para establecer a una sociedad sostenible, es urgente necesario desarrollar la tecnología innovadora de la recirculación que reduce el impacto en la Tierra. Uno de los problemas graves en Japón es la disposición de la basura y de las basuras debido a la escasez de sitios de la eliminación de residuos. En el año-2000, la cantidad de basura industrial descargada era 406 millones de toneladas en Japón [1]. Entre las diecinueve categorías de basuras industriales, el barro explicó el coeficiente más grande del 47% (189 millones de toneladas). Además, el coeficiente del reciclaje del barro era el valor más bajo del 8%. Por Lo Tanto, la tecnología nueva de la recirculación usando el barro viene desempeñar un papel importante de la sociedad sostenible.

La reacción hidrotérmica como uno de los métodos de conversión eficaces de las basuras del consumo de energía baja se ha investigado usando bajo-SiO₂ y las materias₂₃ primas alto-AlO con la cal [2-5]. Aunque mucho el trabajo se haya publicado para la reacción hidrotérmica en el CaO - el sistema₂ de SiO, pequeño se ha divulgado sobre la influencia del alto contenido₂₃ del AlO en una basura que comenzaba en el desarrollo de la fuerza durante la solidificación hidrotérmica. Se ha indicado que la formación de hydrogarnet (CaAl₃₂ (SiO₄) (el OH)₈) lleva a bajar la fuerza [6]. Se sugiere que el problema es evitado controlando el tamaño cristalino de fases aluminosas hidrotérmico formadas tales como hydrogarnet y zeolita [5]. El barro, conteniendo partículas muy finas de los minerales del cuarzo y de la arcilla, se trata generalmente con el agente del coagulante del cloruro de aluminio polivinílico (PAC) para la disposición, dando por resultado el contenido más alto del Al amorfo reactivo (OH)₃ en el barro. Así, la reacción hidrotérmica se aplica posiblemente a la tecnología de la recirculación para la basura del barro.

El objetivo del actual trabajo era investigar la influencia de Ca añadido (OH)₂ en el desarrollo de la fuerza y su relación a la microestructura en el sistema de reacción hidrotérmico de barro de la purificación del agua - hidróxido de calcio.

El barro de una planta de la purificación del agua en el hidróxido central de Japón y de calcio (Ca (OH)₂, UBE Industries, Ltd. , Japón) fue utilizado como materias primas. El Cuadro 1 muestra la composición química del barro. El contenido₂ de SiO y₂₃ del AlO era el 33% y el 25%, respectivamente. El coeficiente atómico del Al/(Al+Si) era 0,47. El modelo de difracción de Radiografía (XRD) del barro indicó que el cuarzo, el moscovita, la albita, el clinochlore, y la caolinita eran los minerales del componente principal (Cuadro 1). El hidróxido De Aluminio derivado del PAC parecía ser amorfo. El barro fue calcinado en 600°C para 5 h para quitar compuestos orgánicos, seguido moliendo de la mojado-bola.

Cuadro 1.

*L.O.I significa pérdida en la ignición.

Después del tratamiento hidrotérmico, los especímenes de la prueba fueron secados en 80°C por 2 días. Los especímenes secados fueron probados para la fuerza flexural de tres puntos (Tensilon RTM-500, A&D, Japón; apoye la distancia 30 milímetros, velocidad principal cruzada 0,5 milímetros·el minuto^-1) y su densidad a granel eran calculados de la masa y de las dimensiones. Las fases que constituyen los especímenes fueron identificadas por el análisis de XRD (RAD-B, Rigaku, Japón). La observación de las microestructuras de los especímenes fue realizada usando el microscopio electrónico de exploración de la emisión de campo (FE-SEM: JSNM-5400, JEOL, Japón). El coeficiente atómico de fases formadas fue determinado con el microscopio electrónico analítico de la transformación (TEM: JEM-2010F, JEOL, Japón). La distribución de la superficie específica y del poro fue medida por el método₂ de la APUESTA y de BJH de la adsorción de gas de N (HM de Macsorb, model-1201, Mountech, Japón), y la distribución del poro de la intrusión del mercurio fue determinada por la intrusión del mercurio porosimetry (PoreMaster-33P, Quantachrome, los E.E.U.U.). La propiedad que controlaba de la humedad del uno mismo fue evaluada por la cantidad lanzada de la humedad de los especímenes (55 milímetros en anchura, 5 milímetros en la altura, 55 milímetros de profundizado) entre 90%RH y 50%RH en 25ºC en la cámara (PR-3KP, Espec Co., Japón). La resistencia térmica fue evaluada por el análisis termomecánico (TMA: TMA8310, Rigaku, Japón) y termogravimetría - análisis térmico diferencial (TG-DTA: TAS-300, Rigaku, Japón).

Cuadro 2 modelos de las demostraciones XRD de los especímenes con diversa cantidad de Ca añadido (OH)₂ esterilizados en 220°C para 10 H. Los modelos de XRD después de que el autoclave fuera similar a pesar de diversa cantidad de Ca añadido (OH)₂. El compuesto obligatorio típico tal como hidratos del silicato del aluminato de la tobermorita o del calcio no se podría observar, sugiriendo que los productos de la reacción tenían cerca de la naturaleza amorfa.

La Anhidrita (CaSO₄) fue observada para todos los especímenes. El espécimen usando solamente el barro (Ca (OH)₂ =0 el mass%) dio 3AlO₂₃·4SO₃·8HO₂. El hydrogarnet fue formado para el espécimen añadió 10 mass% de Ca (OH)₂ y más arriba. En Cuanto a la materia prima, el cuarzo, moscovita, albita, clinochlore permanecía.

El Cuadro 3 muestra las fotografías de SEM de los especímenes con diversas cantidades de Ca añadido (OH)₂ esterilizados en 220°C para 10 H.A excepción del espécimen con 5 mass% de Ca (OH)₂, el platy hidrotérmico formado que la fase fue observada. Con el aumento de la adición del Ca (OH₂ ), el grueso de la fase del platy creciente. Para los especímenes con 5 mass% de Ca (OH)₂, las partículas granulares de tamaño del nanómetro de algunos diez fueron observadas principalmente como la fase hidrotérmico formada.

Listas del Cuadro 2 que los coeficientes principales del elemento de la fase granular en el espécimen con 5 mass% de Ca (OH)₂ midieron por TEM analítico. Los elementos principales en las fases formadas eran Al y Si, teniendo el coeficiente medio del Al/(Al+Si) de 0,57 y coeficiente del Ca (Al+Si) de 0,02. Sin Embargo, no era posible identificar la fase formada.

Los resultados Analíticos del Cuadro 2. TEM de la fase hidrotérmico formada en el espécimen añadieron 5 mass% de Ca (OH)₂ esterilizado en 220°C para 10 h (coeficiente atómico).

La densidad a granel no cambió con hacia fuera el tratamiento hidrotérmico y era casi constante en el ~ 1100 kilogramos·m^-3 después del tratamiento hidrotérmico. El Cuadro 4 muestra la fuerza flexural del cuerpo hidrotérmico tratado en 220°C para 10 h en función de la cantidad de Ca añadido (OH)₂. Es significativo que ninguna adición de Ca (OH)₂ rindió la fuerza flexural de 8.5MPa, que era cerca de 8 veces más arriba que el del cuerpo verde. Esto sugiere que el barro calcinado sea una basura conveniente para la solidificación hidrotérmica. La fuerza flexural dio la fuerza máxima de MPa 13 en Ca (OH)₂ =5 el mass%. Con el aumento en la adición del Ca (OH₂ ), la fuerza disminuyó a 1 MPa en el Ca (OH)₂ =15 el mass%, que es comparable con el del cuerpo verde. Se cree que la variación de la fuerza flexural con la adición del Ca (OH₂ ) es afectada por la diferencia de la microestructura observada por SEM.

Aunque los materiales obligatorios no estuvieran claros, los resultados de XRD y los resultados analíticos de TEM muestran la posibilidad del hidrato amorfo cercano del silicato del aluminato que tiene el coeficiente del Al/(Al+Si) de 0,57 y coeficiente del Ca (Al+Si) de 0,02. Mientras Que la anhidrita fue formada incluso en el espécimen más de fuerza menor, no podría ser el material obligatorio.

El Cuadro 5 muestra la distribución del microporo medida por la intrusión del mercurio porosimetry. El tratamiento hidrotérmico rindió el cambio modal del diámetro del poro a partir de 1 µm a 0,01 - 0,02 µm. Con el aumento de la adición del Ca (OH₂ ), el diámetro modal del poro después de esterilizar aumentó: 0,02 µm (Ca (OH)₂ =0 el mass%), 0,01 µm (Ca (OH)₂ =2, 5 mass%), 0,02 µm (Ca (OH)₂ =10 el mass%) y los 0.05µm (Ca (OH) ₂=20 el mass%). Puesto Que la fuerza flexural aumentó con la disminución del diámetro modal del poro, se sugiere que la formación de un poro más fino afecta al desarrollo de la fuerza.

Adsorción₂ Porosimetry de N

El tratamiento hidrotérmico aumentó a la superficie específica del espécimen. Para el espécimen con 5 mass% de Ca (OH)₂, la superficie específica aumentó a partir de 30,2 m²·g^-1 a 157,6 m²·g^-1 por el tratamiento hidrotérmico. Esto se atribuye a la formación de producto clasificado nano de la reacción (Cuadro 3 (c)). La superficie específica era 5 veces más arriba que el del hormigón aireado esterilizado, un material poroso hidrotérmico solidificado [7, 8].

El Cuadro 6 muestra la distribución del poro del espécimen con 5 mass% de Ca (OH)₂ después de esterilizar. El pico agudo en 4 nanómetro y el pico amplio aproximadamente 7 nanómetro fueron observados.

Uso para los Materiales de Construcción

La alta superficie específica y la distribución del poro de los materiales mesoporous del barro de la purificación del agua se adaptan para el material que controla de la humedad del uno mismo. Los materiales mesoporous con 3 al diámetro del poro de 7 nanómetro pueden guardar humedad en el rango de 40 al 70% según la ecuación de Kelvin [9,10]. El Cuadro 3 muestra la propiedad que controla de la humedad de diversos materiales. El espécimen añadió 5 mass% de Ca (OH)₂ tenía propiedad que controlaba de una humedad más alta (460 g·m)^-2 que el del cedro (65 g·m)^-2 y suelo inútil hidrotérmico solidificado (76 g·m)^-2 [11].

Propiedad que controla de la Humedad del Cuadro 3. del barro hidrotérmico solidificado de la planta de la purificación del agua y del suelo de la basura, y cedro

De TMA y de TG-DTA resulta (los Cuadros 7, 8), fue aclarado que los materiales mesoporous del barro de la purificación del agua tienen alta resistencia térmica. En el resultado de TMA, el cambio de la dimensión fue observado apenas debajo de 800°C. Esto sugiere que los materiales mesoporous del barro de la purificación del agua tengan alta resistencia térmica como la del material de aislamiento esterilizado general que tiene tobermorita como material obligatorio [12].

La cantidad más alta de resistencia térmica de la absorción y de la humedad sugiere el uso a los materiales de construcción tales como teja o tablero que controla de la humedad del uno mismo.

La tecnología de reciclaje del barro de la planta de la purificación del agua fue investigada usando la reacción hidrotérmica. El espécimen solidificado usando la mezcla del barro con 5 mass% de hidróxido de calcio rindió la fuerza flexural más alta de MPa 13 con una densidad a granel de 1090 kilogramos·m^-3, resultando de la formación de hidrato del tamaño del nanómetro de alrededor de pocos diez. La alta superficie específica de 157 m²·g^-1, la cantidad más alta de absorción de la humedad y la alta resistencia térmica sugieren un uso a los materiales de construcción tales como material que controla de la humedad del uno mismo.

1." Libro Blanco En la Sociedad Reciclar-Basada en Japón 2003”, el Ministerio del Ambiente, Gyosei Corp., Tokio, (2003) pp.47-51.

2. H. Maenami, O. Watanabe, H. Ishida y T. Mitsuda, “Solidificación Hidrotérmica de las Mezclas de la Kaolonite-Cuarzo-Cal”, J. Amer. Ceram. Soc., 83 [7] (2000) 1739-1744.

3. H. Maenami, H. Shin, H. Ishida y T. Mitsuda, “Solidificación Hidrotérmica de la Basura con la Formación de Zeolita”, J. Mater. Inglés Civil., 12 [4] (2000) 302-306.

4. O. Watanabe, K. Kitamura, H. Maenami y H. Ishida, “Tratamiento Hidrotérmico de un Complejo de la Arena de la Silicona con la Cal”, J. Amer. Ceram. Soc., 84 [10] (2001) 2318-2322.

5. H. Maenami, N. Isu y E.H. Ishida, “Solidificación de Materiales De Desecho Inorgánicos Al-Ricos Usando Tecnología Hidrotérmica”, J. Ceram. Soc. Japón, en prensa.

6. I. Stebnicka-Kalicka, “Uso del Análisis Termal a la Investigación de la Composición de la Fase de las Gomas y de los Morteros Esterilizados del Cemento”, Therm. Anal., 1 (an o 80) 369-374.

7. N. Isu, S. Teramura y T. Mitsuda, “Dureza de la Fractura de Productos Concretos Aireados Esterilizados”, en Ed. M. Moukwa, S.L. Sarker, K. Lucas y M. Grutzeck), Amer. Ceram. Soc., Westerville (1992) Págs. 129-137.

8. N. Isu, S. Teramura, H. Ishida y T. Mitsuda, “, J. Amer. Ceram. Soc., 77 [8] (1994) 2093-2096.

9. S. Tomura, M. Maeda, K. Inukai, F. Ohashi, M. Suzuki, Y. Shibasaki y S. Suzuki, “Propiedad de Adsprption del Vapor de Agua de diversas Arcillas y de Materiales Relacionados para los Usos a los Materiales del Autodominio de la Humedad”, Arcilla Sci., 10 [3] (1997) 195-203.

10. S. Tomura, “Investigación sobre la Síntesis de la Arcilla de la Caolinita y de los Materiales de Condicionamiento de la Humedad”, J. Ceram. Soc. Japón, 110 (2002) 71-77.

11 H. Maenami, H. Shin, E.H. Ishida y T. Mitsuda, “Hidrotérmico Solidificaron el Suelo Inútil”, Transporte. Mater. Res. Soc. Japón, 25 [2] (2000) 649-652.

12.   “Libro de la Mano de la Ciencia Hidrotérmica”, Gihodo Shuppan Co., Ltd., Tokio, (1997) Págs. 310-320.